BIM技術在混凝土結構設計課程中的應用

肖金梅 張 波 何汝基

(廣東工業大學華立學院，廣東 廣州 511325)

0 引言

隨著社會的發展，近年來，BIM技術在國內不斷被推廣、應用，在建筑行業發揮著越來越重要的作用。為了順應時代的發展，為社會提供更多符合市場需求的人才，將BIM技術引入到土木工程專業課程教學改革勢在必行。

1 混凝土結構設計課程特點及教學中存在的問題

混凝土結構設計是土木工程專業同學的一門主干專業課，課程內容主要包括混凝土梁板結構、單層廠房結構、混凝土框架結構等[1]。課程具有以下特點：1)綜合性強：課程包含的內容多，涉及的相關科目多，如：混凝土結構設計原理、結構力學、材料力學、土木工程材料、荷載與結構設計等，要求學生有扎實的專業基礎。2)實踐性強：課程包含的公式，符號，構造多，而這些大多來源于工程實踐經驗和實驗，使得缺乏實踐經驗的學生難以理解掌握。3)內容抽象，在設計時需要將設計方案轉化成力學模型。

根據在校的教學過程，發現混凝土結構設計這門課程在教學過程中存在以下一些問題：我們學校混凝土結構設計這門課程課時是24學時，學時少內容多，為了完成教學大綱，教學進度的安排，很多難點不容易講透。學校上課多結合多媒體，課件包含一些結構圖片、圖紙，但二維圖片比較難體現三維結構，特別是空間想象能力不太好的同學，加深了學習的難度。學校上課主要以教師理論灌輸為主，缺乏互動，缺乏相應的實踐，加上教材內容陳舊，往往造成學生畢業很難運用到實際工程，也會造成學生喪失學習的樂趣。

2 BIM軟件的特點

建筑信息模型(Building Information Modeling以下簡稱BIM)是被AUTODESK首次提出的，其核心思想是強調多個軟件的協作，從二維到三維甚至是到n維，從獨立到相互協作[2]。近年來，BIM技術在國內迅速發展，不僅改變了工程各參與方：設計、施工、運營、維護等，也對高校建筑人才培養產生了巨大的影響，包括高校開設BIM技術相關課程，BIM技術考級，建筑技術相關的課程融入BIM技術等。BIM技術具有可視化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性等特點，其可視化的特性可以在課堂上以接近真實建筑的方式展示三維立體模型[3]。通過三維立體模型可以更加直觀的表現出結構中各構件的相互關系，降低學習難度，增加學生的參與感，有助于提升學習興趣。

3 BIM在混凝土結構設計課程中的應用

3.1 課堂融入教學軟件

本文以混凝土結構設計課程的第一章梁板結構設計為例，梁板結構設計這章主要內容包括：現澆單向板梁板結構、現澆雙向板梁板結構、整體式樓梯和懸臂梁板結構等。現澆梁板結構設計包含結構布置及構件選型、荷載計算及計算簡圖、內力計算及施工圖。雖然梁板結構對于我們來說并不陌生，生活中隨處可見。但在以往的教學中發現當現澆單向板梁板結構理論知識都講完后，部分學生也是不能獨立完成現澆單向板梁板結構設計的。究其原因，是由于學生對結構缺乏直觀的認識，理論學習太過表面，沒有掌握梁板結構設計的精髓。

將BIM融入課程教學，將二維的圖形轉成三維模型，如圖1現澆肋梁樓蓋，充分利用軟件的旋轉、放大、剖切等功能，讓學生更加直觀的認識梁板結構。對于已經建好的模型也可以設計漫游，讓學生身臨其境的認識梁板結構。通過三維模型，除了讓學生認識現澆梁板結構由板、次梁、主梁組成，更重要的是讓學生掌握各構件之間的連接，從而理解板、次梁、主梁計算簡圖及荷載計算。如圖2列舉了板在設計時的計算簡圖。

在現澆梁板結構設計中，梁板配筋也是學生學習的難點。如圖3梁的局部配筋圖，圖4板的局部配筋圖。圖中包含按內力計算配置的受力筋和按構造要求配置的構造筋。以板構件為例，通過建立BIM模型的配筋圖，可以動態展示板的板內受力筋、板內分布筋、墻邊構造筋、梁支座負筋等，通過BIM模型的配筋圖可以讓學生更加直觀的認識整個板結構的配筋，更好的理解構造鋼筋的布置，更好的聯系到實際工程。另外通過內力計算配筋也是比較繁重的工作，要參考較多的規范，計算后還需要驗算。很多同學在結構設計時都是硬套教材內容配筋，往往出現一些漏洞。利用BIM軟件與結構設計軟件的對接，如：PKPM、廣廈、盈建科等，既可以快速配筋，也可以檢查配筋。

3.2 課后學生自主貫通

隨著BIM技術的快速發展，以及市場對BIM人才的需求，我們學校也開設了BIM課程，每年組織學生考BIM等級證書，參加BIM相關比賽。所以學生對BIM軟件的運用有一定的基礎，基于這個基礎，如何將軟件課和專業課程更好的融合是我們努力的方向。由于混凝土結構設計課時比較少，主要依賴教師課上的講解，學生比較難以理解透徹，所以要充分利用學生的課后時間。教師通過課堂理論知識的講解，布置和課程相關的BIM建模任務，讓學生將課本二維的圖像還原成三維圖形。通過建模過程，讓學生更加直觀的認識結構的各部分組成，認識各主要構件相互的連接方式，荷載的傳遞路徑。通過軟件的實操，既能夠提升BIM技術的運用，又可以更好的掌握專業知識，從而提高學生的綜合能力。

4 結語

隨著互聯網的快速發展，BIM技術在土木工程行業應用的越來越廣泛，混凝土結構設計課程作為土木工程專業重要的主干課程之一，其教學改革也應跟上時代潮流，高校將BIM技術引入到混凝土結構設計課程將是教學改革發展的趨勢。